Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методические указания по изучению дисциплины

..pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
05.02.2023
Размер:
1.28 Mб
Скачать

31

информацию. Поскольку выходы регистра являются инверсными, на выходе формируется восьмиразрядный инверсный двоичный код записанного числа: DO = 0 1 0 1 1 0 1 0 = 1 01 0 01 0 1.

Задание 19. Определить информационную емкость ПЗУ в битах:

10

A

ROM

 

12

 

 

 

 

DO

 

CS

 

Рис. 2.20 — Устройство запоминающее постоянное

Решение. Информационная емкость Y запоминающего устройства в битах определяется произведением числа kслов храни-

мых в памяти слов на их разрядность m : Y = kслов × m . Число хранимых в памяти слов связано с разрядностью n шины адреса

формулой kслов = 2n . Для рассматриваемой микросхемы ПЗУ

n=10, m=12, kслов = 210 = 1024 , Y = 210 × 12 = 1024 × 12 = 12288 бит.

Задание 20. Определить восьмиразрядное слово a7a6a5a4a3a2a1a0 , которое необходимо подать на входы ОЗУ для записи логической единицы в 16-ю ячейку:

a7

 

A

RAM

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a6

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a5

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a4

 

3

 

DO

 

 

 

 

a3

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

DI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a1

 

CS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a0

 

WR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.21 — Устройство запоминающее оперативное с произвольным доступом

32

Решение. Для записи информации в ОЗУ необходимо на шине адреса выставить двоичный код, определяющий адрес ячейки памяти, на информационном входе DI установить записы- ваемое информационное значение, на входы «выбор корпуса» (CS ) и «разрешение записи» (WR ) подать сигналы логического

нуля (a1 = 0 , a0 = 0).

При использованном на условном графическом обозначении микросхемы ОЗУ способе представления меток, относящихся к адресным входам, вычисление адреса ячейки памяти производится по формуле:

A = a7 20 + a6 21 + a5 22 + a4 23 + a3 24 = a7 1 + a6 2 + a5 4 + a4 8 + a3 16.

Из формулы следует, что для получения адреса 16-ой ячейки памяти на адресных входах микросхемы необходимо установить следующие уровни сигналов: a7 = 0 , a6 = 0, a5 = 0 , a4 = 0 ,

a3 = 1.

Для записи в ОЗУ логической единицы на информационный вход DI требуется подать сигнал a2 = 1. Таким образом, для запи-

си в 16-ю ячейку ОЗУ логической единицы на входы микросхемы требуется подать восьмиразрядное слово 00001100.

Задание 21. Определить напряжение логической единицы базового логического элемента ТТЛ с корректирующей цепочкой в режиме холостого хода, если напряжение питания составляет 5 В± 5 % , а падение напряжения на прямосмещенном p-n-пере- ходе составляет 0,6 В.

Решение. Напряжение логической единицы базового логического элемента ТТЛ с корректирующей цепочкой определяется

выражением U1 = Uип 2U* R1выхI1н, где R1вых — выходное сопротивление выключенного элемента; I1н — выходной ток, отдаваемый выключенным элементом в нагрузку. В режиме холостого хода I1н = 0 , поэтому U1 = Uип 2U* . Учитывая заданную нестабильность напряжения питания, получаем:

U1min = Uип,min 2U* = 0,95 5 2 0,6 = 3,55 (В),

U1max = Uип,max 2U* = 1,05 5 2 0,6 = 4,05 (В),

U1ном = Uип,ном 2U* = 5 2 0,6 = 3,8 (В).

33

Относительная

нестабильность

напряжения логической

единицы составляет:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

U1max Uном1

 

 

4,05 3,8

 

0,25

0,066В= 6,6% ,

δU+ =

 

 

 

=

 

 

 

=

 

 

 

 

Uном1

3,8

 

3,8

 

 

 

 

 

 

 

 

δU1=

Uном1 U1

 

3,8 3,55

 

0,25

 

 

 

min

 

=

 

 

 

=

 

 

 

0,066В= 6,6% .

 

Uном1

3,8

 

3,8

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку δU+1 = δU1= δU1 , напряжение логической едини-

цы можно представить в виде: U1 = Uном1

[В]± δU1[%]= 3,± 6,6% .

Задание 22. Определить напряжение логического нуля базового логического элемента ТТЛШ с корректирующей цепочкой, если падение напряжения на прямосмещенном p-n-переходе составляет 0,8 В, а падение на переходе Шоттки составляет 0,35 В. Ответ представить в вольтах, округлив до сотых.

Решение. Напряжение логического нуля базового логического элемента ТТЛШ с корректирующей цепочкой определяется

выражением UТТЛШ0 = U* U*ш, где U* — падение напряжения на прямосмещенном p-n-переходе, U*ш — падение напряжения на прямосмещенном переходе Шоттки. Используя численные значе-

ния параметров, получим UТТЛШ0

= 0,8 0,35 = 0,45(В).

Для оценочных расчетов можно в первом приближении счи-

тать, что Uш* 0,5U* , тогда UТТЛШ0

U* 0,5U* = 0,5 U* , то есть

UТТЛШ0

0,5 0,8 = 0,4 (В).

 

 

Задание 23. Определить пороговое напряжение двухвходового базового логического элемента ТТЛ с корректирующей цепочкой при температуре T = 300 K , если падение напряжения на

прямосмещенном p-n-переходе составляет U* = 0,8 В, параметр аппроксимации вольт-амперных характеристик транзистора m = 1,1, а инверсный коэффициент передачи тока базы βI = 0,01. Ответ представить в вольтах, округлив до сотых.

Решение. Пороговое напряжение базового логического элемента ТТЛ с корректирующей цепочкой определяется формулой

Uпор = 2U* Uост.мэт, где остаточное напряжение многоэмиттерного транзистора выражается соотношением

34

U

ост.мэт

= m ϕ

ln

1 + kоб βI

= m

kT

ln

1 + kоб βI

.

 

 

 

 

T

βI

 

qe

 

βI

 

 

 

 

 

 

Для двухвходового логического элемента коэффициент объединения по входу составляет kоб = 2 . Используя заданные численные значения параметров, постоянной Больцмана k , заряда электрона qe и округляя ответ до сотых, найдем:

Uпор = 2 0,8 1,1

1,38 1023

300

ln

1 + 2 0.01

1,47

(В).

1,6

1019

0.01

 

 

 

 

 

 

Задание 24. Определить помехозащищенность базовых логических элементов ТТЛ и ТТЛШ с корректирующей цепочкой по уровню логической единицы, если напряжение питания составляет 5 В, а падение напряжения на прямосмещенном p-n- переходе составляет 0,8 В. Ответ представить в вольтах, округлив до десятых.

Решение. Помехозащищенность базового логического элемента ТТЛ с корректирующей цепочкой по уровню логической

единицы определяется выражением U1п,ТТЛ = U1 Uпор Uип 4U* . Подставляя численные значения параметров, определим

U1п,ТТЛ 5 4 0,8 = 1,8 (В).

Для логического элемента ТТЛШ с корректирующей цепочкой пороговое напряжение Uпор = U* + Uш* , поэтому:

U1п,ТТЛШ = U1 Uпор (Uип 2U* )(U* + Uш* )= Uип 3U* Uш* .

Принимая Uш* 0,5U* = 0,5 0,8 = 0,4(В), определим:

U1п,ТТЛШ = 5 3 0,8 0,4 = 2,2 (В).

Задание 25. Определить пороговое напряжение четырехвходового логического элемента ИЛИ-НЕ КМОП, считая все МДПтранзисторы идентичными. Напряжение питания составляет 9 В, а пороговое напряжение транзисторов принять равным 2 В.

Решение. Пороговое напряжение логического элемента ИЛИ-НЕ КМОП определяется выражением:

 

Uпор.n

kn,экв + kp,экв (Uип Uпор.p )

Uпор =

 

 

,

 

 

 

 

kn,экв + kp,экв

kp,экв
kn,экв

35

где — удельная крутизна эквивалентного управляющего транзистора; — удельная крутизна эквивалентного нагру-

зочного транзистора.

Поскольку управляющие транзисторы элемента ИЛИ-НЕ включены параллельно, нагрузочные транзисторы включены последовательно и все МДП-транзисторы идентичны, то

 

kоб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

kp

 

kn,экв =

kn,i

= kобkn ,

 

 

 

kp,экв =

 

 

 

 

 

=

 

 

 

.

 

 

 

kоб

1

 

 

k

 

 

 

i =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

об

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i =1 kp,i

 

 

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uпор.n

 

kобkn +

 

 

 

kp

 

(Uип Uпор.p )

 

 

Uпор =

 

kоб

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kобkn +

 

 

kp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kоб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uпор.n

kоб +

1

 

 

 

(Uип Uпор.p )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

kоб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

kоб +

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kоб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используя численные значения, определим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 4 +

 

1

( 9 2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uпор =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 3 В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 26. Определить сопротивление резистора, обеспечивающее выходной ток источника тока Iвых 2 мА, если коэффициент передачи тока базы транзисторов β = 40 , напряжение источника питания Uип = 15 В, а напряжение на прямосмещенном эмиттерном переходе Uбэ = 0,8 В:

36

+ Uип

 

R1

Iвых

 

VT2

VT1

Рис. 2.22 — Интегральный источник постоянного тока на основе простейшего токового зеркала

Решение. Для рассматриваемой схемы токового зеркала справедливо соотношение между токами задающей и выходной

цепей: Ιвых =

 

 

β

,

 

где Ι

вх

= I

R1

. Используя закон Ома U

R1

= R I

 

 

 

 

 

 

Ιвх

β + 2

 

 

 

 

 

 

 

 

1 R1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

получим

и второй закон Кирхгофа для контура Uип R1 Uбэ2 ,

IR1

=

Uип Uбэ

.

 

 

Тогда

 

 

Ιвых =

Uип Uбэ

 

β

,

 

откуда

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

β + 2

 

 

R =

Uип Uбэ

 

 

β

 

. Используя численные значения параметров,

 

 

 

1

 

 

Ιвых

 

 

β + 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

найдем: R =

15 0,8

 

40

 

 

7762(Ом)7,76(кОм).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2 103

 

40 + 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку транзисторы идентичны, то базовые токи транзисторов одинаковы:

Iб1 = Iб2

=

Iк2

=

Iвых

=

2 103

= 5 105(А) = 50(мкА).

β

β

 

 

 

 

40

 

Задание 27. Определить минимально допустимое значение выходного тока, если коэффициент передачи тока базы транзисторов β = 50 , напряжение источника питания Uип = 15 В, напря-

жение на прямосмещенном эмиттерном переходе Uбэ = 0,7 В, а максимально допустимое значение сопротивления резистора ограничено величиной R1,max = 50 кОм:

37

+ Uип

Iвых

Рис. 2.23 — Интегральный источник постоянного тока на основе токового зеркала Уилсона

Решение. Выходной ток токового зеркала Уилсона опреде-

 

 

 

 

 

 

2

 

 

ляется выражением: Ιвых =

Uип 2Uбэ

 

 

 

. Тогда мини-

 

1

 

 

 

 

R1

 

2

 

 

 

 

β

 

+ 2β + 2

 

мальное значение выходного тока, соответствующее максимально допустимому значению сопротивления R1,max , выражается

формулой:

 

 

 

 

 

 

2

 

 

Uип 2Uбэ

 

 

 

 

Ιвых.min =

 

1

 

 

 

.

R1,max

β

2

 

 

 

 

 

+ 2β + 2

Подставляя численные значения параметров, найдем:

 

 

 

15 2 0,7

 

 

 

2

 

2,72 104 (А) = 272(мкА).

Ι

вых.min

=

1

 

 

 

 

 

 

50

103

 

 

502

 

 

 

 

 

 

 

+ 2 50 + 2

 

Задание 28. Определить выходное сопротивление источника постоянного напряжения, если RU = 10 кОм, kU = 500 :

Rи

KU

 

Uвх

Uвых

 

 

 

 

Рис. 2.24 — Источник постоянного напряжения с низким импедансом на выходе

38

Решение. Выходное сопротивление представленного источника постоянного напряжения определяется выражением:

Rвых = RU .

kU + 1

Подставляя численные значения, получим:

Rвых = 10 103 ≈ 19,96 (Ом). 500 + 1

Задание 29. Определить выходное напряжение интегрального стабилизатора напряжения, если R1 = 15 кОм, R2 = 5 кОм:

+ Uип

I0

Iвых

Uвых

Рис. 2.25 — Источник напряжения с использованием падения напряжения между базой и эмиттером как опорное напряжение

Решение. Выходное напряжение определяется выражением:

U

бэ

 

 

 

 

Uвых = Uбэ + R1IR1 = Uбэ + R1(IR2 + Iб) = Uбэ + R1 R2

 

 

 

+

Пренебрегая током базы, получим: Uвых = Uбэ 1

 

 

Подставляя числовые значения, найдем:

+ I .

б

1. R2

 

 

 

 

15 103

 

 

 

U

вых

= 0,7 1

+

 

 

 

 

= 2,8

В.

 

 

3

 

 

 

 

5 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

39

Задание 30. Определить значения выходного напряжения схемы для случаев включенного и выключенного состояний транзистора при Uвх = 2 В, R1 = R3 =10 кОм, R2 = 30 кОм:

R1 R2

DA

Uвх

R3 Uвых

VT

Uупр

Рис. 2.26 — Усилитель постоянного тока

Решение. Входящие в состав схемы операционный усилитель и полевой транзистор будем считать идеальными. Сопротивление идеального полевого транзистора во включенном состоянии равно нулю, а выключенном — бесконечности.

Для случая, соответствующего включенному состоянию транзистора, справедлива схема замещения, приведенная на рис.

2.27.

R1

R2

 

 

DA

Uвх R3

Uвых

Рис. 2.27 — Эквивалентная схема усилителя постоянного тока

40

Схема замещения соответствует инвертирующему УПТ на операционном усилителе. Резистор R3 оказывается включенным параллельно идеальному источнику ЭДС и не влияет на потенциал входного узла схемы. Выходное напряжение определяется со-

отношением: Uвых = − R2 Uвх.

R1

Подставляя числовые значения, находим:

Uвых = − 30 103 2 = −6 (В). 10 103

Для случая, соответствующего включенному состоянию транзистора, справедлива схема замещения, представленная на рис. 2.28.

U1 = Uвх R1

U2 = Uвх

R3

R2

DA

Uвых

Рис. 2.28 — Схема замещения усилителя постоянного тока

Если операционный усилитель охвачен цепью отрицательной обратной связи и выходное напряжение не превышает напряжения насыщения, то операционный усилитель работает в линейном режиме. В этом случае к расчету схемы применим принцип суперпозиции, а выходное напряжение определяется выражением Uвых = Uвых.1 + Uвых.2 , где Uвых.1 — составляющая выход-

ного напряжения,

обусловленная действием ЭДС U1 = Uвх при

U2 = 0; Uвых.2

— составляющая выходного напряжения, обуслов-

ленная действием ЭДС U2 = Uвх

при U1 = 0 .

При U2 = 0 схема эквивалентна инвертирующему УПТ, по-

этому U

вых.1

= −

R2

U = −

R2

U

вх

.

При U = 0 схема эквивалентна

R

 

 

 

1

R

 

1

 

 

1

 

1

 

 

 

 

неинвертирующему УПТ, поэтому

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]